2023 Fiscal Year Annual Research Report
界面ポテンシャル制御による高性能酸化物系全固体電池の実現
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21H01625
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
寺西 貴志 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (90598690)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中山 将伸 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10401530)
三村 憲一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20709555)
近藤 真矢 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 助教 (20890205)
岸本 昭 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (30211874)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 酸化物系全固体電池 / 界面制御層 / 界面抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，酸化物系全固体リチウムイオン電池(全固体LIB)における電極―電解質固体界面の電気化学ポテンシャルを変調させる「界面制御層」を介した新しい高速電荷移動機構を提案することを目的とした．界面制御層として，有機電解液系リチウムイオン電池(液系LIB)で実績のある誘電体BaTiO3(BTO)を用いた．全固体電池構造としては，室温動作可能な，電解質(SE)に電極合材を塗布させて作製するSE支持型電池を最終的に採用した．正極にLiCoO2(LCO)，SEにガーネット型Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12(LLZT)基板を用いた．
全固体電池において界面制御層の効果を検証するためには，Liの電荷移動パスであるSE―界面制御層―電極の三相界面を作り出す必要があった．粉末を用いるSE支持型電池において，十分な電池特性を得るには，可塑剤としてLi3BO3(LBO)を添加する必要があった．しかしLBOが固体粉末界面に介在し，狙いとした三相界面構造を形成することができなかった．そこで，予めBTOナノ粒子を担持したLLZT基板上にPLD法によりLCO膜を成膜した．しかし，作製した上記いずれの電池においても，BTO導入による電池出力改善は確認できなかった．
液系LIBの電解液中でLi+は溶媒和状態にあり，負電荷を帯びた溶媒分子は，同じ負に帯電したLCO表面との間に静電斥力が働く．一方，絶縁性のBTO表面と溶媒和Li+の間では，正負イオン間の静電引力が生じ，吸着活性が向上する．これに対し全固体LIBでは，Li+は単体イオンとして移動し，正電荷のLi+は絶縁性のBTO表面よりも負電荷を帯びたLCO表面に強く引き付けられる．実際，DFT-MDより，LLZ中の拡散より，BTO/LLZ界面の電荷移動速度は相当遅いことが分かった．今後， Li+の吸着活性を高めうるBT系以外の界面制御層の探索を行う．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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